基于占用带宽测量的地面数字广播电视信号物理层带宽判定方法与流程

本发明涉及数字广播领域，针对地面数字广播电视信号有多种物理层带宽，提出一种基于占用带宽测量的地面数字广播电视信号物理层带宽判定方法。

背景技术：

数字处理技术伴随着计算机技术与图像处理技术的高速发展取得极大的成功，相较于模拟电视，数字电视能为消费者提供更好的节目质量和更佳的视听体验。一般，地面数字广播电视信号物理层带宽有不同的模式。如地面数字电视广播(DVB)标准是目前世界上应用最广泛、技术最成熟的数字电视传输标准，采用了信道编码的正交频分复用调制(C-OFDM)技术。DVB-T信号的基本周期T，对应的采样频率即为1/T,对于8MHz信道基本周期T为7/64μs，对于7MHz信道T为1/8μs，对于6MHz信道T为7/48μs，对于5MHz信道T为7/40μs。中国移动多媒体广播(CMMB)物理层带宽包括8MHz和2MHz。而信号能量大多集中在主瓣上，以8MHz信道DVB-T信号为例，其理想的频谱主瓣宽大约为7.61MHz。

对于数字解调器来说，接收端首先要解决的问题是是否能以规定的采样率获得正确的采样信号，其后才能进行正确的解调。现如今在大部分的数字电视信号频谱检测仪器中，需要手动设置所测信号参数的通道带宽，即接收的地面数字广播电视信号的物理层带宽，这也意味着传输的数字广播电视信号物理层带宽需是已知的。这无疑给用户增加了使用难度。同时对于便携式信号检测仪器，要实现采样率连续高分辨率可调相对来说比较困难。

中国发明专利申请公开说明说(CN 102724000 A)于2012年10月10号公开的《占用带宽测试系统及方法》步骤中用到计算占用带宽分粗测试与精测试两步，其中并将测试的频段分段，可以根据所述功率和所述频点，调整用于占用带宽粗测试和精测试的参数，该方法存在不足：

该方法没有考虑在数字信号领域，频率点是离散的，在起止频率点处会存在非整数点的情况如何更准确求出功率值。

技术实现要素：

本发明的目的在于寻找一种快速简单判定地面数字广播电视信号的物理层带宽判定方法，提供一种基于占用带宽测量的地面数字广播电视信号物理层带宽判定方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于占用带宽测量的地面数字广播电视信号物理层带宽判定方法，该方法利用占用带宽测量快速寻找频谱信号主瓣所占的区间，从而实现了其传输物理层带宽的判别。

本发明包括对地面数字广播电视基带时域数据的采样，其特征在于，包括以下步骤：

1、一种地面数字广播电视信号物理层带宽判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对总的时间长度为T的地面数字广播电视信号基带时域信号做采样频率为f_s的采样，得到频宽为B_w、数据量为N_all的地面数字广播电视信号基带时域采样数据r，其中N_all为地面数字广播电视信号基带时域样值总数；

步骤2，对步骤1得到的基带时域采样数据r进行加窗和快速离散傅里叶变换处理变为频域数据X；

步骤2.1，选取窗函数对基带时域采样数据r进行加窗处理，此步骤中的公式如下：

x(n)＝r(n)w(n)

其中：

w(n)表示第n点的窗函数值；

r(n)表示第n点的基带时域样值；

x(n)表示第n点加窗后的基带时域数据样值；

步骤2.2，对加窗后的基带时域数据样值按步长K循环作快速离散傅里叶变换转换为频域数据X，此步骤中的公式如下：

$X\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{K-1}{\Σ}}x\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{K}nk}$

其中：

x(n)表示第n点加窗后的基带时域数据样值；

X(k)表示第k点频域数据样值；

j表示虚数单位；

K表示步长；

n表示基带时域数据序号；

k表示频域数据序号；

π表示圆周率；

步骤3，计算信号中心频率两侧共0.8B_w带宽的信号总功率；

步骤3.1，取频域数据X中信号发射中心频率两侧带宽共B_w的频域数据记为X₁，计算中心频率两侧带宽0.8B_w频域数据的起始位置d₁和终止位置d₂，起始位置d₁和终止位置d₂的计算公式如下：

$X\left(d_1\right)=\[X(\stackrel{\‾}{d_1}+1)-X\left(\stackrel{\‾}{d_1}\right)\]\[d_1-\stackrel{\‾}{d_1}\]+X\left(\stackrel{\‾}{d_1}\right)$

$X\left(d_2\right)=\[X(\stackrel{\‾}{d_2}+1)-X\left(\stackrel{\‾}{d_2}\right)\]\[d_2-\stackrel{\‾}{d_2}\]+X\left(\stackrel{\‾}{d_2}\right)$

其中：

分别表示d₁与d₂向下取整；

X(d₁)表示在起始位置d₁处的频域数据估计样值；

X(d₂)表示在终止位置d₂处的频域数据估计样值；

表示在位置处的频域数据样值；

表示在位置处的频域数据样值；

表示在位置处的频域数据样值；

表示在位置处的频域数据样值；

步骤3.2，计算起始位置d₁和终止位置d₂之间频域信号的总功率P_sum，其公式如下：

$P_{sum}=10\log \[\frac{Ch\×{\mathrm{Ph}}^2\×Enbw\×S}{mRBW\×{\mathrm{Eh}}^2(\stackrel{\‾}{d_2}-\stackrel{\‾}{d_1})}\]$

$S=\underset{i=d_1}{\overset{d_2}{\Σ}}\left|X\left(i\right)\right|$

其中：

Ch表示带宽0.8B_w；

mRBW表示分辨率带宽；

Ph表示功率增益值；

Eh表示计算增益值；

Enbw表示窗增益值；

分别表示d₁与d₂向下取整；

P_sum表示0.8B_w带宽信号总功率；

S表示起止位置之间频域数据幅值之和；

X(i)表示第i点的频域数据样值；

步骤4，计算占总功率P_sum99％的中心带宽；

步骤4.1，计算占总功率P_sum0.5％的门限值P_limit,其公式为：

$P_{\lim it}=10log({10}^{P_{sum}/10}\×0.5\%)$

其中：

P_sum表示0.8B_w带宽信号总功率；

P_limit表示占总功率P_sum0.5％的门限值；

步骤4.2，在频域数据X₁内的起始位置d₁和终止位置d₂范围内，分别定位左、右侧功率为门限值P_limit的大致位置区间，具体做法为：将步长K分为D组，分别从左侧以起始位置d₁开始向右、右侧以终止位置d₂开始向左依次按组累加计算功率值P，当功率值P首次大于门限值P_limit时，记录累加到的组区间，即定位P_Left与P_Right大致所在区间，将此两个区间记为大致区间A₁与A₂；所述的P_Left与P_Right分别表示占总功率P_sum99％的带宽在频域点上的起止位置；

步骤4.3，分别依次计算从左侧起始位置d₁向右至大致区间A₁的逐个位置、右侧终止位置d₂向左至大致区间A₂的逐个位置的功率值P，寻找功率值P第一次大于门限值P_limit的位置P_Left与P_Right，即区间Z＝[P_Left,P_Right]内功率占总功率P_sum的99％，其折算的带宽长度BW如下：

BW＝(P_Right-P_Left)f_s/K

其中：

P_Left与P_Right表示占总功率P_sum99％的带宽在频域点上的起止位置；

f_s表示采样频率；

K表示快速离散傅里叶变换步长；

步骤5，地面数字广播信号的物理层带宽判定的阈值分别为BW₁、BW₂、BW₃和BW₄，(0,BW₁]、(BW₁,BW₂]、(BW₂,BW₃]、(BW₃,BW₄]与(BW₄,+∞)分别对应2MHz信道、5MHz信道、6MHz信道、7MHz信道和8MHz信道的判定区间，BW位于的区间即可获得对应的传输信号物理层带宽模式。

优选地，对于地面数字广播信号，步骤1所述时域信号时间长度T取1ms。

优选地，步骤3中所述的K取值为4096。

优选地，步骤4中所述的D取值为20。

优选地，步骤5中所述的BW₁、BW₂、BW₃和BW₄分别取值为3.148MHz、5.2335MHz、6.185MHz和7.135MHz。

优选地，步骤1中所述的地面数字广播电视信号基带时域信号为DVB-T基带时域信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供了一种基于占用带宽测量的地面数字广播信号物理层带宽方法，充分考虑的数字领域离散信号的特性，同时对不同物理层带宽下的地面数字广播信号时域数据，均只需要在以一次较高采样率12.5MHz采样即可，而后可重复利用该数据作降采样率转换将其变为标准采样率的地面数字广播信号时域信号，且该方法简单快速易于实现。

附图说明

图1是本发明基本方法流程示意图；

图2是DVB-T信号5MHz信道模式占用带宽测试的功率谱图；

图3是DVB-T信号6MHz信道模式占用带宽测试的功率谱图；

图4是DVB-T信号7MHz信道模式占用带宽测试的功率谱图；

图5是DVB-T信号8MHz信道模式占用带宽测试的功率谱图；

图6是利用本发明实施例的DVB-T信号最终解调星座图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细的描述。

在实施例中，选取的输入信号是DVB-T基带时域信号；对DVB-T基带时域信号采样时的采样频率f_s取12.5MHz，信号频宽B_w为12.5MHz；DVB-T时域信号时间长度T取1ms。

图1是本发明基本方法流程示意图。由该图可见，本发明主要包括以下步骤：

步骤1，对总的时间长度为1ms的DVB-T基带时域信号做采样频率为12.5MHz的采样，得到频宽为B_w、数据量为N_all的DVB-T基带时域采样数据r，其中N_all为DVB-T基带时域样值总数。

步骤2，对步骤1得到的DVB-T基带时域采样数据r进行加窗和快速离散傅里叶变换处理变为频域数据X。

步骤2.1，选取窗函数对DVB-T基带时域数据r进行加窗处理，此步骤中的公式如下：

x(n)＝r(n)w(n)

其中：

w(n)表示第n点的窗函数值；

r(n)表示第n点的基带时域样值；

x(n)表示第n点加窗后的基带时域数据样值；

步骤2.2，对加窗后的基带时域数据样值按步长K循环作快速离散傅里叶变换转换为频域数据X，在本实施例中K取4096，此步骤中的公式如下：

$X\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{K-1}{\Σ}}x\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{K}nk}$

其中：

x(n)表示第n点加窗后的基带时域数据样值；

X(k)表示第k点频域数据样值；

j表示虚数单位；

K表示步长；

n表示基带时域数据序号；

k表示频域数据序号；

π表示圆周率。

步骤3，计算信号中心频率两侧共0.8B_w带宽的信号总功率。

步骤3.1，取频域数据X中信号发射中心频率两侧带宽共B_w的频域数据记为X₁，计算中心频率两侧带宽0.8B_w频域数据的起始位置d₁和终止位置d₂，起始位置d₁和终止位置d₂的计算公式如下：

$X\left(d_1\right)=\[X(\stackrel{\‾}{d_1}+1)-X\left(\stackrel{\‾}{d_1}\right)\]\[d_1-\stackrel{\‾}{d_1}\]+X\left(\stackrel{\‾}{d_1}\right)$

$X\left(d_2\right)=\[X(\stackrel{\‾}{d_2}+1)-X\left(\stackrel{\‾}{d_2}\right)\]\[d_2-\stackrel{\‾}{d_2}\]+X\left(\stackrel{\‾}{d_2}\right)$

其中：

分别表示d₁与d₂向下取整；

X(d₁)表示在起始位置d₁处的频域数据估计样值；

X(d₂)表示在终止位置d₂处的频域数据估计样值；

表示在位置处的频域数据样值；

表示在位置处的频域数据样值；

表示在位置处的频域数据样值；

表示在位置处的频域数据样值；

步骤3.2，计算起止位置之间信号的总功率，其公式如下：

$P_{sum}=10\log \[\frac{Ch\×{\mathrm{Ph}}^2\×Enbw\×S}{mRBW\×{\mathrm{Eh}}^2(\stackrel{\‾}{d_2}-\stackrel{\‾}{d_1})}\]$

$S=\underset{i=d_1}{\overset{d_2}{\Σ}}\left|X\left(i\right)\right|$

其中：

Ch表示带宽0.8B_w；

mRBW表示分辨率带宽；

Ph表示功率增益值；

Eh表示计算增益值；

Enbw表示窗增益值；

P_sum表示0.8B_w带宽信号总功率；

S表示起止位置之间频域数据幅值之和；

X(i)表示第i点的频域数据样值。

步骤4，计算占总功率P_sum99％的中心带宽。

步骤4.1，计算占总功率P_sum0.5％的门限值P_limit,其公式为：

$P_{\lim it}=10log({10}^{P_{sum}/10}\×0.5\%)$

其中：

P_sum表示0.8B_w带宽信号总功率；

P_limit表示占总功率P_sum0.5％的门限值；

步骤4.2，在频域数据X₁内的起始位置d₁和终止位置d₂范围内，分别定位左、右侧功率为门限值P_limit的大致位置区间，具体做法为：将步长K分为20组，分别从左侧以起始位置d₁开始向右、右侧以终止位置d₂开始向左依次按组累加计算功率值P，当功率值P首次大于门限值P_limit时，记录累加到的组区间，即定位P_Left与P_Right大致所在区间，将此两个区间记为大致区间A₁与A₂；所述的P_Left与P_Right分别表示占总功率P_sum99％的带宽在频域点上的起止位置；

步骤4.3，分别依次计算从左侧起始位置d₁向右至大致区间A₁的逐个位置、右侧终止位置d₂向左至大致区间A₂的逐个位置的功率值P，寻找功率值P第一次大于门限值P_limit的位置P_Left与P_Right，即区间Z＝[P_Left,P_Right]内功率占总功率P_sum的99％，其折算的带宽长度BW如下：

BW＝(P_Right-P_Left)f_s/K

其中：

P_Left与P_Right表示占总功率P_sum99％的带宽在频域点上的起止位置；

f_s表示采样频率；

K表示快速离散傅里叶变换步长。

步骤5，地面数字广播信号的物理层带宽判定的阈值分别为BW₁、BW₂、BW₃和BW₄，(0,BW₁]、(BW₁,BW₂]、(BW₂,BW₃]、(BW₃,BW₄]与(BW₄,+∞)分别对应2MHz信道、5MHz信道、6MHz信道、7MHz信道和8MHz信道的判定区间，BW位于的区间即可获得对应的传输信号物理层带宽模式，在本实施例中，BW₁、BW₂、BW₃和BW₄分别取值为3.148MHz、5.2335MHz、6.185MHz和7.135MHz。

为验证本发明方法的实施效果，进行了这种判定DVB-T信号物理层带宽判定方法的验证。

附图2为在Visual Studio平台搭建的5MHz物理层带宽DVB-T信号占用带宽测试的功率谱图，计算得出，在显示带宽为10MHz下，其理想主瓣宽度为4.76MHz，占据总功率99％的频段为4.69MHz,几乎囊括了整个信道主瓣带宽部分。

附图3为在Visual Studio平台搭建的6MHz物理层带宽DVB-T信号占用带宽测试的功率谱图，计算得出，在显示带宽为10MHz下，其理想主瓣宽度为5.71MHz，占据总功率99％的频段为5.62MHz,几乎囊括了整个信道主瓣带宽部分。

附图4为在Visual Studio平台搭建的7MHz物理层带宽DVB-T信号占用带宽测试的功率谱图，计算得出，在显示带宽为10MHz下，其理想主瓣宽度为6.66MHz，占据总功率99％的频段为6.55MHz,几乎囊括了整个信道主瓣带宽部分。

附图5为在Visual Studio平台搭建的8MHz物理层带宽DVB-T信号占用带宽测试的功率谱图，计算得出，在显示带宽为10MHz下，其理想主瓣宽度为7.61MHz，占据总功率99％的频段为7.49MHz,几乎囊括了整个信道主瓣带宽部分。

附图6为利用该方法能成功判定DVB-T信号物理层带宽，然后在原12.5M采样率时域数据上，经过降采样率转换后，变为标准采样率DVB-T时域信号，最终成功解调实现的信号星座图。